各种天气现象的变化都伴随着云的运动，气象卫星获取的连续卫星云图含大量的时空序列信息，即连续卫星云图具有显著的时序特征，可作为云图预测的基本信息。云图预测本质上是一种处理云图时空序列特性的视频预测问题，为了准确预测云的位置变化，针对云的不稳定、非线性运动特性，基于CrevNet视频预测模型提出SmartCrevNet云图预测算法。在该算法中设计了一种时空注意力门控循环预测单元（STA-GRU），同时在CrevNet原有的双向自编码模块中引入轻量型注意力模块（SGE），可在不增加计算量的情况下增强云图语义信息，提高特征提取能力。将该算法分别在公共数据集MovingMNIST数据集及FY-4A卫星云图数据集上进行实验，结果表明，在FY-4A卫星云图数据集和MovingMNIST数据集上，SmartCrevNet的均方误差（MSE）分别比CrevNet降低了7.3%和6.1%，结构相似性（SSIM）分别提升了7.9%和1.2%，预测效果优于CrevNet和传统的视频预测算法。

随着水下无线通信的发展，关于海洋环境量子通信的研究也逐渐成为热点。其中，研究海洋气泡对光量子在水下传输的影响具有重要意义。为了研究海洋气泡对水下量子通信信道性能的影响，根据海洋气泡的粒径分布模型，研究了气泡的散射特性，并根据气泡的消光系数，分析了不同条件参数对链路衰减、纠缠度、信道容量以及信道误码率的影响，并进行了仿真实验。结果表明：气泡浓度和传输距离的增大，使链路衰减和误码率增加，对于幅值阻尼信道、退极化信道和比特翻转信道，其信道容量均有所减小；随着气泡半径的增大、深度的减小，信道纠缠度降低。由此可见，海洋气泡对量子通信性能的影响不可忽略，在实际应用中为了保障水下量子通信的传输效率，应适当调节水下量子通信相关参数，减小海洋气泡环境对通信系统的影响。

为了研究海洋非色素团聚颗粒对水下量子通信性能的影响，基于Mie散射理论和Gordon模型，分析了非色素团聚颗粒的散射与吸收特性。针对不同波长的光信号，建立了海洋非色素团聚颗粒质量浓度与链路衰减、量子安全密钥产生率、信道建立速率、幅值阻尼信道容量之间的关系模型并进行了仿真。结果表明，当采用波长为580 nm的光信号进行水下量子通信、传输距离为2 km、海洋非色素团聚颗粒的质量浓度为1.2 mg/L时，对应的链路衰减、量子安全密钥产生率和幅值阻尼信道容量分别为1.659、8.295×10^-5和0.486；保真度为0.899时，量子信道建立速率为58.2 pair/s。该仿真结果可为海洋环境中量子通信系统的设计与优化提供参考依据。

针对实际水声信道无法获知先验稀疏度和导频资源问题, 提出一种改进的稀疏度自适应弱选择匹配追踪算法(MSASWOMP)。将稀疏度初始估计作为初始支撑集的大小, 对原子进行阈值弱选择得到的原子支撑集作为回溯筛选的候选集; 再以初始支撑集大小为回溯开始初始条件值进行二次筛选; 最后利用变阶段步长方法进行稀疏度逐步精确估计, 自适应更新回溯开始条件值。仿真实验分析了阈值参数、稀疏度估计步长和导频数目对于 MSASWOMP算法的影响, 结果表明, 该算法能以更少的导频数目获得更精确的信道估计值, 节省导频资源的同时, 其均方误差 (MSE)优于传统算法。

为研究海冰对水下量子通信信道性能的影响，基于海冰在不同的密度、盐度下的吸收与散射特性，建立了海冰参数与消光系数之间的关系、光量子信号衰减模型；根据海冰在不同密度、盐度下的消光特性，分别建立海冰参数与信道利用率、量子密钥分配系统误码率、系统成码率之间的关系并进行数据仿真。理论分析与仿真结果可为海冰环境下的水下量子通信设计提供参考。

地铁场景行人目标存在大小不一、不同程度遮挡以及环境过暗导致目标模糊等问题，很大程度影响了行人目标检测的准确性。针对上述问题，本研究提出了一种改进YOLOv5s目标检测算法以增强地铁场景行人目标检测的效果。构建地铁场景行人数据集，标注对应标签，进行数据预处理操作。本研究在特征提取模块中加入深度残差收缩网络，将残差网络、注意力机制和软阈值化函数相结合以增强有用特征信道，削弱冗余特征信道；利用改进空洞空间金字塔池化模块，在不丢失图像信息的前提下获得多尺度、多感受野的融合特征，有效捕获图像全局上下文信息；设计了一种改进非极大值抑制算法，对目标预测框进行后处理，保留检测目标最优预测框。实验结果表明：提出的改进YOLOv5s算法能有效提高地铁场景行人目标检测的精度，尤其对小行人目标和密集行人目标的检测，效果提升更为显著。

为了研究黑碳与非吸收性气溶胶的不同混合方式对量子信道参数的影响,根据黑碳与硫酸盐、有机碳气溶胶在Core-shell和Maxwell-Garnett两种混合模型下的消光系数,建立信道衰减模型并进行仿真分析,研究混合气溶胶粒子中黑碳体积分数和信道关联因子与双泡利信道、关联比特翻转信道参数的数据关系,分析黑碳体积分数与量子信号传输距离对密钥安全传输率的影响并进行数据仿真。仿真结果表明:在两种混合状态下,随着黑碳体积分数的增加,光量子能量的衰减均呈现逐渐增大的趋势,而量子安全密钥产生率则随着黑碳体积分数的增大而逐渐减小;在不同内容和模型下,信道关联因子的增大对信道隐形传态保真度有着积极的影响,而黑碳体积分数的增大则会降低信道隐形传态的保真度。

针对目前大多数云与云阴影检测方法容易产生误检、边缘细节丢失严重以及检测不够精确的问题,提出一种基于双注意力卷积神经网络模型(RDA-Net)的遥感影像云与云阴影检测方法。模型中引入双注意力模块可以有效捕获全局特征的依赖关系,使用递归残差模块可以避免深层网络出现退化,改进空洞空间金字塔池化模块在不改变特征图尺寸的前提下可以提取图像的多尺度特征。首先对遥感影像数据集进行预处理并制作对应的标签,然后利用高分一号WFV遥感影像数据集进行训练和测试。实验结果表明,所提方法有效提高云与云阴影的检测精度,在复杂条件下仍能获得较好的云与云阴影的边缘细节。

海洋矿物质颗粒是影响光子在水下传输的重要因素之一。为了研究海洋矿物质颗粒对水下量子通信信道性能的影响,建立了海洋矿物质颗粒群密度、传输距离与链路衰减的关系模型并进行了仿真。针对退极化信道,研究了矿物质颗粒群密度和传输距离与信道容量、信道误码率的关系并进行了仿真。仿真结果表明,当传输距离为50 m时,随着矿物质颗粒群密度的增大,链路衰减由0.098 dB增加到2.92 dB,链路效率由6.2×10 ^-6减小到2.7×10 ^-7。当矿物质颗粒群密度为1.0×10 ⁴ m ^-3时,随着传输距离的增加,信道容量由0.97逐渐减小到0.6,误码率呈指数增大。由此可见,消光效应造成的影响在传输过程中不可忽略,在实际通信过程中,应根据环境情况及时调整传输设备的参数,保证通信质量。

卷云对量子通信光信号的传输有极大的影响。根据卷云特性建立了卷云冰晶粒子的分布模型,研究了卷云的消光特性,并根据卷云的散射特性,分析了卷云冰水含量、传输距离、链路消光特性、信道容量和信道纠缠度衰减的定量关系,研究了噪声影响下隐形传态保真度的变化,并进行了仿真实验。实验结果表明,当传输距离为3 km时,在卷云冰水含量(体积质量)为0.4 g·m ^-3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.05 dB·km ^-1、0.94 dB·km ^-1和0.52,而在卷云冰水含量(体积质量)为 0.1 g·m ^-3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.20 dB·km ^-1、0.82 dB·km ^-1和0.07。由实验结果可见,自由空间量子通信信道的性能在卷云的影响下均发生了不同程度的变化。因此,在进行量子通信时,需考虑卷云的影响,根据卷云的变化调整性能参数,以提高通信质量。